工博士移动复合机器人

在定义协作机器人之前，先看一个名词。协作区域Collaborative workspace：指机器人和人类可以同时工作的区域；我们所说的协作机器人：指被设计成可以在协作区域内与人直接进行交互的机器人。


2017年9月，IFR（国际机器人联合会）发布了2017-2020年市场预测。其中在其主体报告中，着重强调了未来机器人的趋势：

Robots which are easier to install, program and operate will unlock entry barriers to the large, untapped market of small and medium enterprises (SMEs).

• Trend towards having production closer to the end consumer driving the importance of standardization & consistency across global brands.

• Collaborative robots are shifting the traditional limits of “what can be automated?”

• Collaborative robots increase manufacturing flexibility as ‘low volume high mix’ becomes the new normal.

• Collaboration is also about productivity with increased human/robot interaction

把IFR的预测总结如下：简单易用、灵活、安全协作型的机器人，会更适应中小企业和全球企业的不同生产需求，成为工业机器人发展的***主要趋势。

因此，本质上讲协作机器人依旧是工业机器人，并不是某种全新的产品，仅仅是定位不同。简单来说：传统的工业机器人更注重精度和速度，而协作机器人则注重人机安全共存和简便的操作性。

2.2 为什么需要协作机器人
I. 传统机器人部署成本高

目前的工业机器人主要负责工厂中重复的工作，这就要求非常高的重复定位精度，以及依赖固定的外界环境。为了保证这一点，除了机器人本身的设计要求之外，还需要夹具将待加工的产品放在固定的位置，以便机器人每次都可以到同一个地方准确的拿取或者执行某项操作。这就需要耗费大量的资源，占用大片宝贵的车间以及长达数月的实施时间。同时，传统机器人的使用难度较高，只有经过培训的专业人士才能熟练使用机器人完成配置、编程以及维护，普通用户很少具备这样的能力。

业内统计数据显示：整个机器人部署费用大概是机器人售价的3~4倍。近几年随着国内集成商增加，竞争越来越激烈，整体价格有所下滑，但也基本在2~3倍，协作机器人与传统机器人部署环境如下图：


简而言之，单独的机器人无法直接用于工厂的生产线上，还需要很多外围设备的支持。虽然机器人本身是一种高柔性、高灵活性的设备，但整个生产线不是，一旦涉及生产线变动，费用很高。

II. 中小企业及新兴市场需求

一款新车从发布到退出市场，一般会经历3~6年时间。这期间，即使有改款，也只是对外观、内饰的微调，这些变动一般不会影响到机器人的工作（车身焊接、喷漆、主要零部件搬运），因此在机器人的整个生命周期基本上不需要对已经完成的生产线进行改动或者对机器人进行重新部署，只需要正常的维护即可。这就发挥了传统机器人的优点，避开了它的缺点。***台工业机器人也正是部署在汽车行业，直至今日，汽车行业仍然占据重要市场份额。

而中、小企业则不同，它们的产品一般以小批量，定制化，短周期为特征，没有太多的资金对生产线进行大规模改造，并且对产品的ROI（Return on Investment）更为敏感。

这要求机器人具有较低的综合成本，快速部署、重新部署的能力，简单上手的使用方法，而这些，传统机器人很难满足。

此外，某些机器人应用的新兴行业中，即使是大企业也面临与中小企业同样的问题，3C产业是这个方面的典型代表。

3C市场中如手机、平板、可穿戴设备等产品的更新换代速度非常快，生命周期只有1~2年，甚至只有几个月。如果采用传统机器人方案，投入大量资源，耗费数月建设的生产线可能连成本的零头还没收回，所生产的产品就该退市了。而如果对生产线再进行改造，又要投入巨大的资源，更重要的是耽误产品上市计划。

III. 协作市场需求

传统机器人的工作环境并不需要人的参与，机器人可以独立完成。因此与人在一起时的安全性不是机器人发展的重点，一般要求使用围栏把机器人和人员进行隔离。

随着人力成本的上升，很多其他以前没有或很少使用机器人的行业开始寻求机器人自动化解决方案，例如3C、医药、食品、物流等行业。这些新兴行业中的特点是产品种类多、体积普遍不大、对操作人员的灵活度性要求高。传统的机器人很难在成本可控的情况下给出性能满意的解决方案，自然就想到人机结合。

由人类负责对柔性，触觉，灵活性要求比较高的工序，机器人则利用其快速、准确的特点来负责重复性的工作。但是如果二者要合作，中间还要隔一个栅栏就太不方便了。这个时候就需要保证机器人与人类可以安全的在同一个区域工作，即要求机器人具有安全协作的特性。

协作机器人的优点概括起来主要有三个：安全，低成本、易于上手。大部分场合可以做到即插即用，非常好的符合中小企业的需求。但是协作机器人并不是***的，它只是现有机器人产品线中一个新兴的细分品类，具有很多传统机器人无法比拟的优势，但是也有不少缺点。比如说，为了降低碰撞造成的损失，整个机器人的速度和重量必须被限制在一定范围内，所以协作机器人的速度普遍都很慢，负载也比较低，较小的自重导致刚性比传统机器人差很多，重复定位精度一般比传统机器人要低一个数量级。

一句话概括协作机器人应用：Human class, human-scale task in a human environment. 

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